(57)【要約】【課題】本発明は、電解質膜の膨潤及びクラックの発生が抑制され、良好な電池性能を発揮できる触媒層の簡便な製造方法を提供することを課題とする。【解決手段】本発明の触媒層の製造方法は、イオン伝導性電解質膜の少なくとも一方の面に、触媒粒子、イオン伝導性電解質及び分散媒を含む触媒層形成用ペースト組成物を直接塗布し、乾燥することにより固体高分子形燃料電池用触媒層を製造する方法であって、（１）前記イオン伝導性電解質膜の少なくとも一方の面に、前記触媒層形成用ペースト組成物を塗布する工程、及び（２）塗布した触媒層形成用ペースト組成物を常温にて減圧乾燥させて触媒層を形成する工程を備えている。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン伝導性電解質膜の少なくとも一方の面に、触媒粒子、イオン伝導性電解質及び分散媒を含む触媒層形成用ペースト組成物を直接塗布し、乾燥することにより固体高分子形燃料電池用触媒層を製造する方法であって、
（１）前記イオン伝導性電解質膜の少なくとも一方の面に、前記触媒層形成用ペースト組成物を塗布する工程、及び
（２）塗布した触媒層形成用ペースト組成物を常温にて減圧乾燥させて触媒層を形成する工程
を備えた、触媒層の製造方法。
【請求項２】
イオン伝導性電解質膜の両面に、触媒粒子、イオン伝導性電解質及び分散媒を含む触媒層形成用ペースト組成物を直接塗布し、乾燥することにより固体高分子形燃料電池用触媒層を製造する方法であって、
（１）前記イオン伝導性電解質膜の一方の面に、前記触媒層形成用ペースト組成物を塗布する工程、
（２）上記（１）で塗布した触媒層形成用ペースト組成物を常温にて減圧乾燥させて触媒層を形成する工程、
（３）前記イオン伝導性電解質膜の他方の面に、前記触媒層形成用ペースト組成物を塗布する工程、及び
（４）上記（３）で塗布した触媒層形成用ペースト組成物を常温にて減圧乾燥させて触媒層を形成する工程
を備えた、請求項１に記載の触媒層の製造方法。
【請求項３】
前記イオン伝導性電解質膜の一方の面に、前記触媒層形成用ペースト組成物を塗布し、触媒層を形成させるに当たり、電解質膜の他方の面に離型処理された基材フィルムが配置されている、請求項１又は請求項２に記載の触媒層の製造方法。
【請求項４】
一方の面に触媒層が形成されたイオン伝導性電解質膜の他方の面に、前記触媒層形成用ペースト組成物を塗布し、触媒層を形成させるに当たり、触媒層が形成されている面に離型処理された基材フィルムが配置されている、請求項２に記載の触媒層の製造方法。
【請求項５】
一方の面に触媒層が形成されたイオン伝導性電解質膜の他方の面に、前記触媒層形成用ペースト組成物を塗布し、触媒層を形成させるに当たり、触媒層が形成されている面に離型処理された導電性多孔質基材が配置されている、請求項２に記載の触媒層の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の方法により製造された、触媒層−電解質膜積層体。
【請求項７】
請求項６に記載の触媒層−電解質膜積層体に導電性多孔質基材を配置した、電解質膜−電極接合体。
【請求項８】
請求項７に記載の電解質膜−電極接合体を含む固体高分子形燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体高分子形燃料電池用触媒層の製造方法及び触媒層−電解質膜積層体に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、電解質膜の両面に触媒層を配置し、水素と酸素との電気化学反応により発電するシステムである。発電時に発生するのは水のみであり、従来の内燃機関と異なり、二酸化炭素等の環境負荷ガスを発生しない為、次世代のクリーンエネルギーシステムとして注目されている。
【０００３】
固体高分子形燃料電池を構成する固体高分子形燃料電池用触媒層−電解質膜積層体のうち、電解質膜の両面に触媒層を配置したもの（即ち、触媒層／電解質膜／触媒層の層構成のもの）は、３層ＭＥＡと称されており、更に、その３層ＭＥＡの両面にそれぞれ電極基材を配置したもの（即ち、電極基材／触媒層／電解質膜／触媒層／電極基材の層構成のもの）は、５層ＭＥＡと称されている。
【０００４】
固体高分子形燃料電池の性能向上においては、触媒層−電解質膜積層体の構造の最適化が鍵となっている。このうち、特に触媒層は、電池反応の中心的役割を果たすものであるため、高性能化が盛んに進められている。この触媒層は、通常、触媒粒子、イオン伝導性高分子電解質及び溶剤を含む触媒層形成用ペースト組成物を基材等に塗布及び乾燥することにより製造される。触媒層−電解質膜積層体の製造方法としては、例えば、電解質膜に触媒層形成用ペースト組成物を直接塗工する方法が一般的である。
【０００５】
しかしながら、この直接塗工法において、電解質膜として一般的に用いられるＮａｆｉｏｎ（登録商標）膜等のパーフルオロスルホン酸系の電解質膜を用いた場合、(1)触媒層形成用ペースト組成物中の溶媒が原因で、電解質膜が著しく膨潤する問題、(2)乾燥後の触媒層にクラック（ひび割れ）が生じる問題等がある。触媒層のクラックは、電池性能の低下を招くため、クラックの発生を極力回避する必要がある。
【０００６】
電解質膜の膨潤を回避する方法としては、例えば、一部が電極形状に対応して切り抜かれたマスクフィルムを電解質膜の一方の面に、電極形状に対応して弱化線が施されたマスクフィルムを電解質膜の他方の面に、それぞれ熱圧着により貼り付け、次いで、その一部が電極形状に対応して切り抜かれたマスクフィルムをマスクとしてカソード層形成用ペースト組成物を塗布して第１触媒層を形成し、更に、弱化線で囲まれているマスクフィルムを剥離し、露出された電解質膜上にアノード層形成用ペースト組成物を塗布して第２触媒層を形成する方法（特許文献１）が知られている。
【０００７】
クラックの発生を回避する方法としては、例えば、触媒インク面と基材シート面とを異なる湿度雰囲気に曝し双方の収縮速度をほぼ一致させた状態で乾燥させる方法（特許文献２）、触媒層形成用ペースト組成物を電極基板上に塗布した後、複数の燃料電池セルの電極基板をほぼ同一の水分量に保持した後、真空下で乾燥して水分を除去する方法（特許文献３）等が提案されている。
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載された製造方法では、電解質膜の一方の面に、その一部が電極形状に対応して切り抜かれたマスクフィルムを熱圧着により貼り付けるので、電解質膜の一方の面のマスクフィルムに接する部分がへこみ、電解質膜にダメージが生じる欠点がある。また、マスクフィルムを構成するタック樹脂層に含まれ、耐熱性及び耐酸性が低いスチレン−エチレン−ブタジエン共重合体の一部が、第２触媒層に転移して、長期耐久性等の電池特性に悪い影響を及ぼす。
【０００９】
また、特許文献２に記載の乾燥方法では、触媒インク面と基材シート面とを異なる湿度雰囲気に曝すため、特殊且つ複雑な乾燥装置が必要となる。また、当該方法は、収縮速度をほぼ一致させた状態の判断が難しく、再現性に問題があり、所望の触媒層を工業的に製造できない。
【００１０】
特許文献３に記載の乾燥方法では、高温多湿条件下におくことにより水分量を調整し、その後水蒸気の供給を止めた後、０．１〜０．５ｋＰａで急激に真空乾燥を行う必要がある。従って、急激な真空乾燥により触媒層構造中の微細な空隙（細孔径１０ｎｍ〜２００ｎｍの空隙）が閉塞されてしまい（例えば、当該空隙の空隙率は５％程度であり）、却って電池性能が低下した触媒層が製造される問題を有している。
【特許文献１】特開２００６−１２０４３３号公報
【特許文献２】特開２００４−２５９５０９号公報
【特許文献３】特開２００５−３０２５３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、電解質膜の膨潤及びクラックの発生が抑制され、電解質膜に機械的ダメージを与えず、良好な電池性能を発揮できる触媒層の簡便な製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねてきた。その結果、触媒層形成用ペースト組成物から触媒層を製造するに当たり、特定の条件下で乾燥を行うことにより、電解質膜の膨潤及びクラックが少ない所望の触媒層を簡易に製造できることを見い出した。本発明は、このような知見に基づいて完成されたものである。
【００１３】
本発明は、下記項１〜項７に示す触媒層の製造方法、触媒層−電解質膜積層体及び電解質膜−電極接合体を提供する。
項１．イオン伝導性電解質膜の少なくとも一方の面に、触媒粒子、イオン伝導性電解質及び分散媒を含む触媒層形成用ペースト組成物を直接塗布し、乾燥することにより固体高分子形燃料電池用触媒層を製造する方法であって、
（１）前記イオン伝導性電解質膜の少なくとも一方の面に、前記触媒層形成用ペースト組成物を塗布する工程、及び
（２）塗布した触媒層形成用ペースト組成物を常温にて減圧乾燥させて触媒層を形成する工程
を備えた、触媒層の製造方法。
項２．イオン伝導性電解質膜の両面に、触媒粒子、イオン伝導性電解質及び分散媒を含む触媒層形成用ペースト組成物を直接塗布し、乾燥することにより固体高分子形燃料電池用触媒層を製造する方法であって、
（１）前記イオン伝導性電解質膜の一方の面に、前記触媒層形成用ペースト組成物を塗布する工程、
（２）上記（１）で塗布した触媒層形成用ペースト組成物を常温にて減圧乾燥させて触媒層を形成する工程、
（３）前記イオン伝導性電解質膜の他方の面に、前記触媒層形成用ペースト組成物を塗布する工程、及び
（４）上記（３）で塗布した触媒層形成用ペースト組成物を常温にて減圧乾燥させて触媒層を形成する工程
を備えた、項１に記載の触媒層の製造方法。
項３．前記イオン伝導性電解質膜の一方の面に、前記触媒層形成用ペースト組成物を塗布し、触媒層を形成させるに当たり、電解質膜の他方の面に離型処理された基材フィルムが配置されている、項１又は項２に記載の触媒層の製造方法。
項４．一方の面に触媒層が形成されたイオン伝導性電解質膜の他方の面に、前記触媒層形成用ペースト組成物を塗布し、触媒層を形成させるに当たり、触媒層が形成されている面に離型処理された基材フィルムが配置されている、項２に記載の触媒層の製造方法。
項５．一方の面に触媒層が形成されたイオン伝導性電解質膜の他方の面に、前記触媒層形成用ペースト組成物を塗布し、触媒層を形成させるに当たり、触媒層が形成されている面に離型処理された導電性多孔質基材が配置されている、項２に記載の触媒層の製造方法。
項６．項１〜５のいずれかに記載の方法により製造された、触媒層−電解質膜積層体。
項７．項６に記載の触媒層−電解質膜積層体に導電性多孔質基材を配置した、電解質膜−電極接合体。
項８．項７に記載の電解質膜−電極接合体を含む固体高分子形燃料電池。
【００１４】
本発明の製造方法は、燃料電池用触媒層の製造方法であって、触媒粒子、イオン伝導性電解質及び分散媒を含む触媒層形成用ペースト組成物を、電解質膜上に塗布した後に、常温にて減圧乾燥を行う工程を備えている。
【００１５】
触媒層形成用ペースト組成物
本発明の触媒層形成用ペースト組成物は、例えば、触媒粒子、イオン伝導性電解質及び分散媒を含有する。
【００１６】
触媒粒子は、公知又は市販のものを使用することができ、燃料電池のアノード又はカソードにおける燃料電池反応を起こさせるものであれば特に限定されない。例えば白金、白金合金、白金化合物等が挙げられる。白金合金としては、例えば、ルテニウム、パラジウム、ニッケル、モリブデン、イリジウム、鉄等からなる群から選ばれる少なくとも１種の金属と白金との合金等が挙げられる。一般的に、カソード用触媒層として用いられる場合の触媒粒子は白金、アノード用触媒層として用いられる場合の触媒粒子は上述した合金である。
【００１７】
また、触媒粒子は、触媒微粒子が炭素粉に担持された、いわゆる触媒担持炭素粉であってもよい。触媒担持炭素粉の平均粒子径は、通常１０〜１００ｎｍ程度、好ましくは２０〜８０ｎｍ程度、最も好ましくは４０〜５０ｎｍ程度である。触媒担持炭素粉を構成する炭素粒子は特に制限されず、例えば、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、ランプブラック等のカーボンブラック、黒鉛、活性炭、カーボン繊維、カーボンナノチューブ等が挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上併用してもよい。
【００１８】
イオン伝導性高分子電解質は、水素イオン伝導性のものであればよく、公知又は市販のものを使用することができる。例えば、パーフルオロスルホン酸系のフッ素イオン交換樹脂等が挙げられる。また、電気陰性度の高いフッ素原子を導入することにより、化学的に非常に安定し、スルホン酸基の乖離度が高く、良好な水素イオン伝導性が実現できる。このような水素イオン伝導性高分子電解質の具体例としては、例えば、デュポン社製の「Ｎａｆｉｏｎ」、旭硝子（株）製の「Ｆｌｅｍｉｏｎ」、旭化成（株）製の「Ａｃｉｐｌｅｘ」、ゴア（Ｇｏｒｅ）社製の「Ｇｏｒｅ  Ｓｅｌｅｃｔ」等が挙げられる。また、炭化水素系電解質イオン伝導性高分子電解質としては、アルドリッチ社のスルホン化（ポリスチレン−ブロック−ポリ（エチレン−ran−ブチレン）−block−ポリスチレン）等が挙げられる。
【００１９】
なお、「−ran−」はランダム型のコポリマー（共重合体）の命名に用いられる接続記号であって、例えば、モノマーＡとモノマーＢとからなるランダム型のコポリマーに対して「poly-(Ａ−ran−Ｂ)」と表記する。同様に「−block−」はブロック型のコポリマーを示す接続記号である。
【００２０】
上記イオン伝導性高分子電解質には、液状物質（リン酸、硫酸等の酸性物質等）が含浸されていない。
【００２１】
電解質膜の膜厚は、通常１０μｍ〜５００μｍ程度、好ましくは１５μｍ〜３００μｍ程度、より好ましくは２０〜１５０μｍ程度である。
【００２２】
使用される分散媒としては公知又は市販のものを使用することができる。例えば、各種アルコール、各種エーテル、各種ジアルキルスルホキシド、水又はこれらの混合物等が挙げられる。これらのうち、炭素数１〜４のアルコールが好ましく、具体的には、メタノール、エタノール、１−プロパノール、２−プロパノール、１−ブタノール、２−ブタノール、イソブタノール、ｔ−ブタノール等が挙げられる。これらの中では、２−プロパノールが最も好ましい。
【００２３】
本発明では、特に、分散媒に含まれる主分散媒が１−プロパノール、２−プロパノール、１−ブタノール、ｔ−ブタノール等からなる群から選択される１種もしくは２種以上であることが好ましい。より好ましくは２−プロパノール、１−ブタノール及びｔ−ブタノールである。
【００２４】
本発明において、主分散媒とは、ペースト組成物に含まれる全分散媒のうち、最も多く含まれている分散媒であり、好ましくは全分散媒中において２５重量％以上、より好ましくは５０重量％以上含まれる分散媒をいう。
【００２５】
本発明の触媒層形成用ペースト組成物中に含まれる上記触媒粒子、イオン伝導性電解質及び分散媒の割合は限定されるものではなく、広い範囲内で適宜選択できる。
【００２６】
例えば、触媒粒子１重量部（触媒担持炭素粉の場合は、当該触媒担持炭素粉１重量部）に対して、イオン伝導性電解質が０．１〜２重量部（好ましくは０．２〜１重量部）程度、分散媒が５〜３５重量部（好ましくは１０〜２５重量部）程度含まれていればよい。
【００２７】
触媒層形成用ペースト組成物は、上記触媒粒子、イオン伝導性電解質及び分散媒を混合することにより、製造される。上記触媒粒子、イオン伝導性電解質及び分散媒の混合順序は、特に制限されない。例えば、上記触媒粒子、イオン伝導性電解質及び分散媒を順次又は同時に混合し、触媒粒子を分散させることにより、触媒層形成用ペースト組成物を調製できる。
【００２８】
なお、本発明の触媒層形成用ペースト組成物には、本発明の効果を阻害しない程度であれば、その他の公知の添加剤等を含有していてもよい。
【００２９】
触媒層の製造方法
本発明の製造方法は、上記触媒層形成用ペースト組成物を用いて燃料電池用触媒層を製造するに当たり、常温にて減圧乾燥を行う工程を備えている。
【００３０】
この乾燥工程では、例えば、上記触媒層形成用ペースト組成物を、公知のイオン伝導性電解質膜（液状物質を含浸していないイオン伝導性電解質膜）に所望の層厚となるように塗布してから、乾燥すればよい。
【００３１】
触媒層形成用ペースト組成物の塗布方法としては、特に限定されるものではなく、例えば、ナイフコーター、バーコーター、スプレー、ディップコーター、スピンコーター、ロールコーター、ダイコーター、カーテンコーター、スクリーン印刷等の一般的な方法を適用できる。
【００３２】
斯かる触媒層形成用ペースト組成物を塗布した後、本発明の乾燥工程を経ることにより、イオン伝導性電解質膜上に触媒層が形成される。本発明の乾燥工程は、常温にて減圧乾燥を行うことを必須とする。これにより、イオン伝導性電解質膜にダメージを与えることなく、かつ適度な乾燥速度により触媒層を乾燥させることができる。この結果、他方の面に触媒層を形成する際に、下敷きとした基材フィルムへの触媒層の転写によるイオン伝導性電解質膜上からの剥落が抑制され、優れた電池性能を発揮する触媒層を製造できる。また、この工程は、特殊な装置及び複雑な工程を必要としない。
【００３３】
具体的には、例えば、真空乾燥機等の乾燥装置内に、触媒層形成用ペースト組成物が塗布されたイオン伝導性電解質膜を静置し、次いで、当該乾燥装置内を常温にて減圧することにより、乾燥させればよい。必要に応じて、減圧時に連続的又は断続的に装置内を脱気すればよい。
【００３４】
更に必要に応じて、上記乾燥工程終了後、更に圧力を下げることにより、触媒層に残存しているごく少量の分散媒を確実に除去してもよい。
【００３５】
乾燥時の圧力は１０〜６０ｈＰａであり、好ましくは１５〜４５ｈＰａである。また、特に本発明では、乾燥工程において最終的に、上記触媒層形成用ペースト組成物に含まれる主分散媒の飽和蒸気圧以下まで減圧することが好ましい。また、減圧度は、主分散媒の突沸を防ぐためにも段階的に減圧することができる。例えば、主分散媒が２−プロパノールである場合、２０℃で４４ｈＰａ（±４ｈＰａ）以下まで減圧することが好ましく、同様に、１−プロパノールの場合２０℃で２０ｈＰａ（±４ｈＰａ）以下まで、１−ブタノールの場合２０℃で５．８ｈＰａ（±４ｈＰａ）以下まで、ｔ−ブタノールの場合２０℃で４１ｈＰａ（±４ｈＰａ）以下まで減圧することが好ましい。これによって、より完全に、触媒層内の残留分散媒を除去することができる。また、蒸気圧が４ｈＰａ未満であるような分散媒は、触媒層形成用ペースト組成物の調製及びその塗布による触媒層形成が困難になるので、好ましくない。
【００３６】
乾燥時間は乾燥時の圧力、分散媒等の種類に応じて決定されるが、通常１〜１２０分程度、好ましくは５分〜６０分程度、より好ましくは１５分〜３０分程度とすればよい。
【００３７】
乾燥時の温度は限定的でないが、常温が好ましく、例えば１５〜３０℃程度、より好ましくは２０〜２５℃程度とすればよい。
【００３８】
触媒層の厚さは限定的でなく、例えば、通常５μｍ〜１２０μｍ程度、好ましくは１０μｍ〜５０μｍ程度、より好ましくは１５μｍ〜３０μｍ程度とすればよい。
【００３９】
触媒層中の触媒粒子の含量（触媒担持炭素粉の場合は、当該触媒担持炭素粉の含量）は、触媒層全量に対して、通常１０〜９０重量％程度、好ましくは４０〜８０重量％程度である。
【００４０】
本発明の触媒層は、例えば、電解質膜に高分子からなる電解質膜を用いた固体高分子形燃料電池、直接燃料形燃料電池、固体アルカリ形燃料電池に用いることができる。
【００４１】
本発明の触媒層−電解質膜積層体は、電解質膜の一方面又は両面に本発明の製造方法によって得られた触媒層が形成されたものである。
【００４２】
本発明の触媒層が積層された電解質膜（触媒層−電解質膜積層体）は、例えば、イオン伝導性電解質膜の一方の面に、触媒層形成用ペースト組成物を塗布した後に、常温にて減圧乾燥を行うことにより製造される。この操作を１回又は２回繰り返すことにより、触媒層面がイオン伝導性電解質膜の両面に積層された触媒層−電解質膜積層体が製造される。
【００４３】
この際、一方の面に触媒層を形成する工程において、触媒層が形成される面の他方の面に下敷きとする基材として離型処理された基材フィルムを配置することで、電解質膜の膨潤を抑制することができる。また、一方の面に触媒層が形成されたイオン伝導性電解質膜に対して、他方の面に触媒層を形成する工程において、下敷きとする基材として離型処理された基材フィルムを上記触媒層に接する側に配置することが好ましい。これにより、イオン伝導性電解質膜からの触媒層の剥落を抑制する効果が得られる。
【００４４】
基材フィルムとしては、離型処理が可能であり、取り扱い性及び経済性に優れれば特に材質は問わない。また、基材フィルム自身が離型性を有していてもよい。
【００４５】
例えば、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリパルバン酸アラミド、ポリアミド（ナイロン）、ポリサルホン、ポリエーテルサルホン、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテル・エーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリアリレート、ポリエチレンナフタレート等の高分子フィルムを挙げることができる。
【００４６】
また、基材フィルムは、エチレンテトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロパーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等の耐熱性樹脂を用いることもできる。
【００４７】
更に、基材フィルムは、高分子フィルム以外にアート紙、コート紙、軽量コート紙等の塗工紙、ノート用紙、コピー用紙等の非塗工紙であってもよい。
【００４８】
離型処理は、例えば、基材フィルム上にワックスを塗布することで行ってよい。ワックスとしては、具体的には、石油系ワックス、植物系ワックス、動物系ワックス、鉱物系ワックス、合成系ワックス等を挙げることができる。本発明で用いられるワックスには、例えば、Ｃ16〜Ｃ32の脂肪酸とアルコールとのエステルが包含される。本発明において、これらワックスは、１種単独で又は２種以上混合して使用される。
【００４９】
また、離型処理は公知のフッ素系樹脂やシリコーン等をコーティングすることで行われてもよい。
【００５０】
基材フィルム上に離型処理を施すに当たっては、所望の層厚になるように、上記ワックスもしくはフッ素系樹脂、シリコーン等を公知の方法に従い塗布するのがよい。また、塗布作業を容易にするために、適当な溶剤に溶解又は適当な分散媒に分散して溶液又はエマルジョン液の形態で使用してもよい。塗布方法としては、特に限定されるものではなく、例えば、ナイフコーター、バーコーター、スプレー、ディップコーター、スピンコーター、ロールコーター、ダイコーター、カーテンコーター、スクリーン印刷等の一般的な方法を適用できる。また、基材フィルム上に離型層を構成する成分を公知の方法で押出してもよい。
【００５１】
また、一方の面上に触媒層が形成されたイオン伝導性電解質膜の他方の面上に、触媒層形成用ペースト組成物を塗布する工程において、下敷きとする基材として上記触媒層に接する側に導電性多孔質基材を配置してもよい。これにより、触媒層−電解質膜積層体に導電性多孔質基材を配置して電極−電解質膜接合体を形成する工程を短縮することができる。
【００５２】
導電性多孔質基材には、公知のものが利用でき、例えば、導電性の炭素紙からなるカーボンペーパー、カーボンフェルト、カーボンクロス等を使用することができる。具体例としては、東レ社製のカーボンペーパー「ＴＧＰ−Ｈ」シリーズ、ＳＧＬカーボンジャパン社製のカーボンフェルト「ＳＩＧＲＡＣＴＥ  ＧＤＬ」シリーズ等を挙げることができる。
【００５３】
導電性多孔質基材の膜厚は、通常２０〜４００μｍ程度、好ましくは１００〜３００μｍ程度である。
【発明の効果】
【００５４】
本発明によれば、電解質膜の膨潤を抑制することができ、その結果、触媒層のクラック発生が抑えられ、剥離することなく均一で均質な触媒層を製造できるため、本発明で得られた触媒層は良好な電池性能を発揮できる。また、本発明の製造方法は、特殊な装置及び複雑な工程を必要としない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５５】
以下に実施例及び比較例を挙げて、本発明をより一層詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００５６】
実施例１
白金担持カーボン（Ｐｔ：４５．６重量％、田中貴金属工業（株）製、ＴＥＣ１０Ｅ５０Ｅ）１重量部及び５重量％電解質溶液（５ｗｔ％Ｎａｆｉｏｎ溶液、Ａｌｄｒｉｃｈ社製、分散媒「水：１−プロパノール：２−プロパノール＝１：１．５：２（重量比）」）１０重量部を、２−プロパノール１０重量部に添加し、混合及び分散を行い、触媒層形成用ペースト組成物を調製した。
【００５７】
イオン伝導性電解質膜（「Ｎａｆｉｏｎ  ＮＲＥ  ２１２ＣＳ」（登録商標）シート、５０μｍ、Ｄｕｐｏｎｔ社製）の一方面上に、基材フィルムを配置した。基材フィルムとして離型処理されたフィルム（「ピューレックス」（登録商標、５０μｍ、帝人デュポン社製）を配置し、他方面に上記触媒層形成用ペースト組成物をブレードコーターにて乾燥前の触媒層の厚さが１００μｍになるように塗布した後、真空乾燥機内に静置した。
【００５８】
次いで、減圧ポンプを用いて、５分間かけてデシケータ内を４０ｈＰａまで減圧し、４０ｈＰａの状態を１０分間保持することにより、触媒層形成用ペースト組成物を乾燥させ、本発明の触媒層を作製した。なお、真空乾燥機内の温度は約２５℃とした。
【００５９】
このようにして一方の面に触媒層が形成されたイオン伝導性電解質膜を、触媒層が対する面に基材フィルムが接するように基材フィルムを配置した。基材フィルムとして離型処理されたフィルム（「ピューレックス」（登録商標、５０μｍ、帝人デュポン社製）を配置した後、触媒層の形成されていない電解質膜の面の基材フィルムを剥離し、上記と同様の操作を繰り返すことにより、触媒層の形成を行い、本発明の触媒層−電解質膜積層体を製造した。なお、乾燥後の触媒層の厚さは両面ともに、２５μｍであった。
【００６０】
実施例２
５分間かけて真空乾燥機内を３０ｈＰａまで減圧し、３０ｈＰａの状態を３０分間保持する以外は実施例１と同様にして、本発明の触媒層−電解質膜積層体を製造した。なお、乾燥後の触媒層の厚さは両面ともに、２５μｍであった。
【００６１】
実施例３
５分間かけて真空乾燥機内を５０ｈＰａまで減圧し、５０ｈＰａの状態を３０分間保持する以外は実施例１と同様にして、本発明の触媒層−電解質膜積層体を製造した。なお、乾燥後の触媒層の厚さは両面ともに、２５μｍであった。
【００６２】
比較例１
基材フィルムを用いずに、触媒層形成用ペースト組成物を形成した。ただし、電解質膜の膨潤により電解質膜への触媒層形成は困難であった。
【００６３】
比較例２
離型処理された基材フィルムの代わりに、離型処理されていないポリエチレンテレフタラートフィルムを使用し、触媒層形成用触媒組成物の乾燥を大気中にて３０分乾燥させる以外は実施例１と同様にして触媒層−電解質膜積層体を製造した。なお、乾燥後の触媒層は一部がポリエチレンテレフタラートフィルムに転写されており、電解質膜から剥離していた。
【００６４】
評価試験
実施例１〜３及び比較例１〜２で製造された触媒層−電解質膜積層体について、触媒層の形成、電解質膜の膨潤抑制及び触媒層のクラック抑制を調べた。
【００６５】
評価基準は、次の通りである。
触媒層の形成；
○：電解質膜上への触媒層形成ができた
×：電解質膜上への触媒層形成ができなかった
電解質膜の膨潤抑制；
○：電解質膜の膨潤が抑制されていた
×：電解質膜の膨潤が抑制されていなかった
触媒層のクラック抑制；
○：触媒層のクラックが抑制されていた
×：触媒層のクラックが抑制されていなかった
総合判定；
○：合格
×：不合格
結果を表１に示す。
【００６６】
【表１】
2010033731.tif 000002